石油水平井越障牵引器及其使用方法与流程

本发明属于石油工程领域，具体涉及一种能够在水平井中运输井下工具的石油水平井越障牵引器。

背景技术

水平井牵引器是一种在大斜度井和水平井中运输井下作业工具的石油仪器。

国内现阶段应用于石油领域的牵引器主要为水平井轮式牵引器。轮式牵引器移动速度快，运行方式简单直接，一般应用于套管完井和筛管完井的水平井中。尽管套管的内壁较为平滑，但是一旦面临较大井下障碍(台阶，套管接缝，套管凹陷等)，轮式牵引器容易受阻，致使牵引失败。

现阶段的水平井轮式牵引器存在以下问题：一、施工时对井下障碍一无所知。当套管内存在障碍物时，施工单位无法判断障碍物的类型及其尺寸，牵引器越障时只能不断提高其驱动力，存在一定风险，越障过程较为盲目。二、轮式牵引器越障时，一般依赖于机械结构越障，例如推靠弹簧的收缩，平行四边形支撑驱动机构等，牵引器越障动作无法控制和调节，这种方式一旦失效，牵引器的工作将受到很大影响。

上述问题制约了水平井牵引器的现场应用，阻碍了水平井牵引器的发展。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种石油水平井越障牵引器，本发明的石油水平井越障牵引器专门应用于井下障碍较多的水平井，安全可靠。采用电子控制的跨越式越障方式，灵活快速，可有效提高牵引器的越障能力。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种石油水平井越障牵引器，其沿自身轴线方向具有前后两端，其特征在于，它包括：

探测扶正器，其具有扶正器接头、弹性件、四个扶正臂以及传感器，分别为：第一扶正臂、第二扶正臂、第三扶正臂以及第四扶正臂；其中，第一扶正臂具有第一扶正杆以及第二扶正杆，所述第一扶正杆与所述第二扶正杆通过扶正轮销钉与第一扶正轮相转动连接，所述第一扶正杆的前端以及所述第二扶正杆的后端分别固定连接有推块，所述推块能沿轴向滑动；所述弹性件位于探测扶正器接头内，所述弹性件的一端与所述推块相抵接，所述弹性件的另一端与所述探测扶正器的内壁相抵接；第二扶正臂、第三扶正臂、以及第四扶正臂与第一扶正臂的结构完全相同，且分别具有第二扶正轮、第三扶正轮、第四扶正轮以及弹性件；上述四个扶正轮在套管内的圆周上均匀分布；所述传感器能检测每个弹性件的位移变化量和持续时间。

进一步的，第一牵引机构，其位于所述探测扶正器的后端且与所述探测扶正器同轴设置；所述第一牵引机构包括：第一驱动臂、第二驱动臂、固定在外部的第一支撑机构、第一电机以及第二电机；所述第一驱动臂具有第一驱动杆和第二驱动杆，所述第二驱动臂具有第三驱动杆和第四驱动杆；所述第一驱动杆与所述第二驱动杆通过销轴与第一驱动轮相转动连接，所述第三驱动杆与所述第四驱动杆通过销轴与所述第二驱动轮相转动连接，所述第一驱动臂与所述第二驱动臂的前端通过销轴转动连接，后端固定连接第一滑块；所述第一支撑机构中具有第一滑轨，所述第一滑块能在第一滑轨中滑动；第一电机能带动所述第一驱动臂以及所述第二驱动臂张合；第二电机能带动所述第一驱动轮和所述第二驱动轮转动；所述第一驱动轮与所述第一扶正轮相对应，所述第一驱动轮与所述第一扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第二驱动轮与所述第二扶正轮相对应，所述第二驱动轮与所述第二扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。

进一步的，第二牵引机构，其位于所述第一牵引机构的后端且与所述第一牵引机构同轴设置；所述第二牵引机构包括：第三驱动臂、第四驱动臂、固定在外部的第二支撑机构、第三电机以及第四电机；所述第三驱动臂具有第五驱动杆和第六驱动杆，所述第四驱动臂具有第七驱动杆以及第八驱动杆；所述第五驱动杆与所述第六驱动杆通过销轴与第三驱动轮相转动连接，所述第七驱动杆与所述第八驱动杆通过销轴与所述第四驱动轮相转动连接，所述第三驱动臂与所述第四驱动臂的前端转动连接，后端固定连接第二滑块；所述第二支撑机构中具有第二滑轨，所述第二滑块能在第二滑轨中滑动；第三电机能带动所述第三驱动臂以及所述第四驱动臂张合；第四电机能带动所述第三驱动轮和所述第四驱动轮转动；所述第驱三动轮与所述第三扶正轮相对应，所述第三驱动轮与所述第三扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第四驱动轮与所述第四扶正轮相对应，所述第四驱动轮与所述第四扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。

进一步的，控制机构，其能接收所述传感器发出的位移变化量信号，并发出指令给所述第一牵引机构和所述第二牵引机构动作。

优选的，所述控制机构包括控制电路板、电子芯片以及总线；所述电子芯片通过总线与多台永磁直流电机相连，所述总线同时传递多路信号。

优选的，所述探测扶正器接头包括扶正器接头外壳体和弹性件固定壳体，所述弹性件固定壳体与所述扶正器接头壳体螺纹连接，所述弹性件固定在弹性件壳体内。

优选的，所述探测扶正器还包括位于其中心位置的过线杆，所述过线杆穿设于设备内部，与所述控制机构以及所述传感器相电连接。

优选的，所述弹性件为弹簧，所述传感器为长度传感器。

优选的，所述扶正杆与所述推块通过销钉连接。

优选的，所述探测扶正器还包括第五扶正臂以及第六扶正臂，所述第五扶正臂和所述第六扶正臂与所述第一扶正臂相同，且分别具有第五扶正轮以及第六扶正轮，六个扶正轮在套管圆周内均匀分布；所述石油水平井越障牵引器还包括第三牵引机构，所述第三牵引机构与所述第一牵引机构以及所述第二牵引机构的结构相同，所述第三牵引机构具有第五驱动轮以及第六驱动轮；述第驱五动轮与所述第五扶正轮相对应，所述第五驱动轮与所述第五扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第六驱动轮与所述第六扶正轮相对应，所述第六驱动轮与所述第六扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。

本发明还涉及一种石油水平井越障牵引器的使用方法，具体是：下入石油水平井越障牵引器于套管中；使探测扶正器的第一扶正轮、第二扶正轮、第三扶正轮以及第四扶正轮分别抵靠在靠套的内壁上，进一步的使得第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮以及第四驱动轮也相应抵靠在套管的内壁上；向前送入石油水平井越障牵引器，探测扶正器的第一扶正轮和/或第二扶正轮遇到障碍时，第一扶正臂和/或第二扶正臂向中心收回，第一扶正臂和/或第二扶正臂对应的扶正杆前端以及后端分别抵押推块，推块作用于弹性件产生位移变化；传感器检测到弹性件的位移变化量和变化持续的时间，把信号传递至控制机构，控制机构接收位移变化量的信号，作用于第一牵引机构以及第二牵引机构，第一牵引机构的第一电机使第一驱动臂以及第二驱动臂向中心轴方向收回，第二牵引机构的第二电机使第三驱动轮以及第四驱动轮转动，向前产生正向压力，驱动水平井越障牵引机构前进，待第一牵引机构跨越障碍后，第一驱动臂与第二驱动臂重新撑起，继续工作。

本发明的有益效果是：

1、探测式扶正器具有探测障碍物尺寸和所在方向的功效。遇障时，扶正轮向内收缩以便适应障碍物大小。其中，扶正轮所在方向即井下障碍所在方向，障碍物尺寸可由弹簧压缩量间接计算得出，障碍物信息可传递至控制机构中处理进行相应的越障动作，等相应的驱动臂越过障碍后再通过电机将其支承在套管内，进行后续作业。

2、每一牵引机构中的驱动轮与扶正轮一一对应，并处于同一平面中的同侧，当某一扶正轮遇障并获得障碍物信息之后，掌握障碍信息的电子芯片控制该扶正轮对应的驱动轮进行越障。若障碍尺寸较小，电子芯片可控制第二电机增加驱动轮与井壁之间的接触力，并提升第二电机转矩，增大驱动轮动力，令驱动轮强行翻越障碍物，即一般的越障方式。若障碍物尺寸较大，需要完全收缩该驱动轮，由其他驱动轮提供前进动力，直至该驱动轮完全越过障碍物后，再重新支撑，完成跨越式越障牵引。这种跨越式越障方式可以越过尺寸很大的障碍物，只要其他驱动轮可以牵引前进、障碍物不会阻碍牵引器主体通过，即能完成越障。跨越式越障迅速灵活，安全可靠，提高了牵引器的越障能力。

3、牵引机构内部留有过线通道，过线通道内放置的总线和电源线与多台永磁直流电动机相连，电子芯片采用多电机控制技术控制不同电机的动作。总线传输信号效率高，各电机信号之间互不干扰。多电机控制方式可提高牵引器在井下的反应速率，提高牵引效率。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1示出了本发明的石油水平井越障牵引器的结构示意图；

图2示出了本发明的探测扶正器内部结构示意图；

图3示出了本发明的探测扶正器剖视图。

以上附图的附图标记：1、第一牵引机构；2、第二牵引机构；3、第三牵引机构；4、探测扶正器；5、牵引机构；6、控制机构；7、第四电机；8、第五驱动杆；9、第三驱动轮；10、第六驱动杆；11、第二支承机构；12、第三电机；13、第一扶正轮；14、第一扶正杆；15、过线杆；16、扶正器接头；17、扶正器接头外壳体；18、弹簧固定壳体；19、销钉；20、推块；21、弹簧；22、长度传感器；23、扶正轮销钉；24、第二电机；25、第一电机；26、第一驱动杆；27、第二驱动杆；28、第三驱动杆；29、第四驱动杆；30、第一驱动轮；31、第一支承机构；32、第七驱动杆；33、第八驱动杆；34、第二扶正轮；35、第三扶正轮；36、第四扶正轮；37、第二扶正杆；38、第二驱动轮；39、第四驱动轮。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

如附图1-3所示，本发明公开了一种石油水平井越障牵引器，其沿自身轴线方向具有前后两端，它包括：探测扶正器4、第一牵引机构1、第二牵引机构2以及控制结构6。

具体的，探测扶正器4，其具有扶正器接头16、弹性件、四个扶正臂以及传感器，四个扶正臂分别为：第一扶正臂、第二扶正臂、第三扶正臂以及第四扶正臂；其中，第一扶正臂具有第一扶正杆14以及第二扶正杆37，所述第一扶正杆14与所述第二扶正杆37通过扶正轮销钉23与第一扶正轮13相转动连接，所述第一扶正杆14的前端以及所述第二扶正杆37的后端分别固定连接有推块20，所述推块20能沿钻杆轴向滑动，具体的，所有扶正杆分别与各自对应的推块通过销钉19连接，实现动力的传动。所述弹性件位于扶正器接头16内，所述弹性件的一端与所述推块20相抵接，所述弹性件的另一端与所述扶正器接头16的内壁相抵接；第二扶正臂、第三扶正臂、以及第四扶正臂与第一扶正臂的结构完全相同，且分别具有第二扶正轮、第三扶正轮、第四扶正轮、扶正器接头16以及弹性件；上述四个扶正轮在套管内的圆周上均匀分布，该分布方式可以更加全面的了解套管内障碍物的分布情况，避免无法探测到的障碍物。所述探测扶正器接头16包括包括扶正器接头外壳体17和弹性件固定壳体18，所述弹性件固定壳体18与所述扶正器接头壳体17螺纹连接，所述弹性件固定在所述弹性件壳体18内，上述螺纹连接的方式使设备的拆卸和内部部件的更换更加方便，而且节约了成本。所述探测扶正器4还包括位于其中心位置的过线杆15，所述过线杆15穿设于钻杆的中心轴内，并与所述控制机构6以及所述传感器相电连接。所述过线杆15设置在中心轴内起到了对其保护的效果，提高了设备的使用寿命。所述传感器能检测每个弹性件的位移变化量和持续时间，具体的弹性件为弹簧21，传感器为长度传感器22。当探测扶正器4受到套管内障碍物的挤压时，遇到障碍物的扶正臂向内收缩，进一步的会压缩推块20，推块20会压缩弹簧21，此时长度传感器22将弹簧21的形变和压缩的时间通过信号传递给控制机构6，控制机构6根据弹簧21的变形量和变形时间相应的控制驱动臂进行收缩，以确保同侧的驱动臂也可以顺利的通过障碍物。

进一步的，所述控制机构6包括控制电路板、电子芯片以及总线；所述电子芯片通过总线与多台永磁直流电机相连，所述总线同时传递多路信号。所述控制机构6其能接收所述传感器发出的位移变化量信号，并发出指令给所述第一牵引机构1和所述第二牵引机构2动作，即控制同侧驱动臂在相应的时间内进行收缩，确保设备顺利的通过障碍物。

进一步的，第一牵引机构1，其位于所述探测扶正器4的后端且与所述探测扶正器4同轴设置；所述第一牵引机构包括：第一驱动臂、第二驱动臂、固定在所述牵引机构上的的第一支撑机构31、第一电机25以及第二电机24；所述第一驱动臂具有第一驱动杆26和第二驱动杆27，所述第二驱动臂具有第三驱动杆28和第四驱动杆29；所述第一驱动杆26与所述第二驱动杆27通过销轴与第一驱动轮30相转动连接，所述第三驱动杆28与所述第四驱动杆29通过销轴与所述第二驱动轮38相转动连接，所述第一驱动臂与所述第二驱动臂的前端通过销轴转动连接，后端固定连接第一滑块(图中未示出)；所述第一支撑机构31中具有第一滑轨(图中未示出)，所述第一滑块能在第一滑轨中滑动；第一电机25能带动所述第一驱动臂以及所述第二驱动臂张合；第二电机24能带动所述第一驱动轮30和所述第二驱动轮38转动；所述第一驱动轮30与所述第一扶正轮13相对应，所述第一驱动轮与所述第一扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第二驱动轮38与所述第二扶正轮34相对应，所述第二驱动轮与所述第二扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。当探测扶正器4没有检测到障碍物时，第二电机24直接驱动驱动轮转动，进而实现驱动设备在水平井中移动，当同侧遇到障碍物时，则通过第一电机25带动驱动臂收缩，实现设备的越障。

进一步的，第二牵引机构2，其位于所述第一牵引机构1的后端且与所述第一牵引机构1同轴设置；所述第二牵引机构2包括：第三驱动臂、第四驱动臂、固定在第二牵引机构上的第二支撑机构11、第三电机12以及第四电机7；所述第三驱动臂具有第五驱动杆8和第六驱动杆10，所述第四驱动臂具有第七驱动杆32以及第八驱动杆33；所述第五驱动杆8与所述第六驱动杆10通过销轴与第三驱动轮9相转动连接，所述第七驱动杆32与所述第八驱动杆33通过销轴与所述第四驱动轮39相转动连接，所述第三驱动臂与所述第四驱动臂的前端转动连接，后端固定连接第二滑块(图中未示出)；所述第二支撑机构中具有第二滑轨(图中未示出)，所述第二滑块能在第二滑轨中滑动；第三电机12能带动所述第三驱动臂以及所述第四驱动臂张合；第四电机7能带动所述第三驱动轮9和所述第四驱动轮39转动；所述第三驱动轮9与所述第三扶正轮35相对应，所述第三驱动轮与所述第三扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第四驱动轮39与所述第四扶正轮36相对应，所述第四驱动轮与所述第四扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。

优选的，所述探测扶正器4还包括第五扶正臂以及第六扶正臂，所述第五扶正臂和所述第六扶正臂与所述第一扶正臂相同，且分别具有第五扶正轮以及第六扶正轮，六个扶正轮在套管圆周内均匀分布；所述石油水平井越障牵引器还包括第三牵引机构，所述第三牵引机构与所述第一牵引机构以及所述第二牵引机构的结构相同，所述第三牵引机构具有第五驱动轮以及第六驱动轮；所述第驱五动轮与所述第五扶正轮相对应，所述第五驱动轮与所述第五扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行，所述第六驱动轮与所述第六扶正轮相对应，所述第六驱动轮与所述第六扶正轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。

优选的，所述电机均为永磁直流电动机。

本发明还涉及一种石油水平井越障牵引器的使用方法，具体的：

下入石油水平井越障牵引器于套管中；

使探测扶正器4的第一扶正轮13、第二扶正轮34、第三扶正轮35以及第四扶正轮36分别抵靠在靠套的内壁上，这样使得第一驱动轮30、第二驱动轮38、第三驱动轮9以及第四驱动轮39也相应抵靠在套管的内壁上；

向前送入石油水平井越障牵引器，在没有遇到障碍物之前，石油水平井越障牵引器通过控制驱动轮的电机控制驱动轮转动，进而带动石油水平井越障牵引器前移，当探测扶正器4的第一扶正轮13和/或第二扶正轮34遇到障碍时，第一扶正臂和/或第二扶正臂向中心收回，第一扶正臂和/或第二扶正臂对应的扶正杆前端以及后端分别抵押推块20，推块20作用于弹性件产生位移变化；

传感器检测到弹性件的位移变化量，把信号传递至控制结构6，控制结构6接收位移变化量的信号，作用于第一牵引机构1以及第二牵引机构2，第一牵引机构1的第一电机25使第一驱动臂以及第二驱动臂向中心轴方向收回，第二牵引机构2的第四电机使第三驱动轮9以及第四驱动轮39转动，向前产生正向压力，驱动水平井越障牵引机构前进，待第一牵引机构1跨越障碍后，第一驱动臂与第二驱动臂重新撑起，继续工作。

优选的，可以根据实际的井况设置多个探测扶正臂，如6-12个，相应的后面连接3-6个牵引机构，每个扶正轮在其后方都对应设置有一个驱动轮，扶正轮沿圆周方向均匀分布，扶正轮和驱动轮前后排成一列，该列与石油水平井越障牵引器的轴线平行。当探测扶正臂遇到障碍物后，通过传感器将形变传递给控制器，控制器控制同侧的驱动臂收缩，而其他没有障碍物的方位，驱动轮正常运转，驱动设备前移，最终实现越障功能。

本发明中每一牵引机构中的驱动轮与扶正轮一一对应，并处于同一平面中的同侧，当某一扶正轮遇障并获得障碍物信息之后，掌握障碍信息的电子芯片控制该扶正轮对应的驱动轮进行越障。若障碍尺寸较小，电子芯片可控制第二电机增加驱动轮与井壁之间的接触力，并提升第二电机转矩，增大驱动轮动力，令驱动轮强行翻越障碍物，即一般的越障方式。若障碍物尺寸较大，需要完全收缩该驱动轮，由其他驱动轮提供前进动力，直至该驱动轮完全越过障碍物后，再重新支撑，完成跨越式越障牵引。这种跨越式越障方式可以越过尺寸很大的障碍物，只要其他驱动轮可以牵引前进、障碍物不会阻碍牵引器主体通过，即能完成越障。跨越式越障迅速灵活，安全可靠，提高了牵引器的越障能力

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。